400A以上大电流交流接触器触头系统设计毕业答辩

400A以上大电流交流接触器触头系统设计,学生：指导老师：,论文结构,一、研究的背景，现状及意义二、系统基本原理及产品对比三、触头系统设计四、试验结论,一、研究的背景，现状及意义,1.1背景：交流接触器的特点：结构简单，易于远程操作，适合频繁操作等传统大电流交流接触器的一些缺陷：线圈烧坏，触点熔焊，触头支承构件断裂等大电流触头系统的一些问题：触头容易发生熔焊，主回路的温升过高，触头磨损严重,1.2触头系统现状：材料：由原先的纯金属材料到现在不同金属的氧化物、非晶态触头材料以及超导体材料等尺寸：不同电流等级的触头的厚度及触点面积都不相同,1.3研究意义提高交流接触器触头的导电性和耐蚀性提高触头的高频率操作下的机械寿命和电寿命能够更好的保护大电流的工业负载,二、系统基本原理及产品对比,2.1交流接触器及触头系统的构成和工作原理接触器构成接触器工作原理触头系统,2.2交流接触器产品的对比,a.分析诺雅克现有的各种交流接触器产品,1.触头的尺寸大小随着接触器电流等级的增大而逐渐变大，且由圆形触头改为方形触头2.静触头的厚度会比动触头的厚度要薄一点计算触头桥磨损：V为每次因桥磨损而损失的触头材料的体积，k为与材料有关的系数，I为开断时的电流,b.其他公司大容量交流接触器的部分参数对比,三、触头系统设计,3.1触头间的电动力及计算,电动力是跟触头间的导电斑点的个数有关，在实际上，很难确定导电斑点的个数，一般将所有的斑点看成是一整个导电斑点来进行计算：,3.2触头系统常用的形式及选用,（1）双断点桥式触头：这种形式的动触头是通过触头支持与弹簧连在一起，触头的开距小，结构紧凑，灭弧的效果好。（2）单断点指形触头：种触头分合过程中有滑动，因此触头表面的高温氧化层容易被清除，触点的接触压力大，分合闸时的冲击力较大，机械寿命较短，机械磨损较大。,结合此次设计的交流接触器的触头系统主要要求是：可靠性高、机械寿命高、小型化等特点，并综上所述，在触头系统的形式上本次设计中，双断点桥式触头会更符合要求。,3.3触头材料的性能分析及尺寸选用,需要满足的3个条件。触头材料的分类：A.纯金属材料B.金属系触头材料触头材料的选用：银氧化锡氧化铟,触头尺寸的选择,分析电流等级和触头面积得到：Y=0.6611X+8.268X为交流接触器的电流等级，Y为触头的面积,3.4确定触头系统的几个主要参数,A.触头终压力：Fk的决定因素非常复杂，主要是跟触头的温升，热稳定，动稳定性都有关系,因此我们可以得到在交流接触器中终压力与电流等级的比值大致在0.21-0.22，小容量的交流接触器更接近于0.21，而中大容量的交流接触器中更偏向于0.22，我们所设计的500A的交流接触器的Fk则可以初步确定为Fk=0.22*500=110N,B.初压力F0的确定150A电流等级中，触头初压力为触头终压力0.86倍，300A电流等级中，触头初压力为触头终压力的0.86倍，而在100A以下的小电流交流接触器中，触头初压力一般为触头终压力0.6-0.7倍。,C.开距的确定主要是考虑结合电流容量，触头材料等因素，可用下面的式子先求出触头的极限断流容量：Pjz=（3-5）UI(3-5)其中I为开断电流，U为触头回路电压，再根据触头材料来确定开距，通过这个我们取得500A电流等级的交流接触器的开距大小为11mm,D.超程的确定由于触头磨损的影响因素较为复杂，一般我们可以通过分析触头的磨损计算如式子再参考动静触头的厚度，超程选取为开距的40%左右，同时参考以往产品的参数，选择超程为4mm，误差为0.4mm,3.5触头弹跳及熔焊的解决方案,A.触头弹跳通过力学分析，来得到触头弹跳的最大幅度，也就是第一次弹跳的距离为从动量上来看，我们可以将第一次弹跳的时间表示出来F0为初压力，c为弹簧系数，m为动触头的重量，v1是第一次碰撞时动触头的运动速度，K为触头材料的碰撞损失系数。,显然，我们可以从上面的式子得到，适当减小动触头的质量，增大触头的初压力，对于触头弹跳的削弱有一定的效果，在实际产品中，因为减小动触头的质量难度较大，因此略微增大触头的初压力对于减弱触头弹跳有很好的效果。,B.触头熔焊动静触头因为电阻过大温度迅速升高而熔化，以致熔焊在一起因而无法正常分断的现象称为触头熔焊。通过一系列的公式推导：,触头熔焊造成的因素有很多，因而优化上述的部分参数对于改善触头熔焊有很大的帮助，例如适当增大触头初压力能够减小接触电阻和提高抗熔焊能力；触头表面不要过于粗糙、使用电阻率低的触头材料等等都能提高触头系统的抗熔焊能力。在本次设计中，由于触头的材料使用银氧化锡氧化铟具有抗熔焊性强，接触电阻低值，可以非常有效的避免触头的熔焊。,3.6主回路温升的分析,主回路的温升主要是由接触点的接触电阻的温升jd和连接导体上的温升md造成的连接导体的温升：接触点处的温升：,触头的压力，环境的温度，主回路电流的大小以及触头材料的电阻率等均影响了温升的变化。在设计过程中，通过在主回路中通电发现，其他因素不改变，主回路通430A的电流时，主回路的温升为36K；而在主回路通610A的电流时，主回路的温升会增大为59K。所以当电流在足够大或者是短路电流时，主回路的温升会迅速升高，有可能就会发生上述的触头熔焊或者粘连。,四、试验结论,4.1试验数据1.四个基本参数的测试,2.主回路温升的测试：在主回路通一个为约定发热电流为610A，在长时工作制下主回路的温升为59K，小于标准要求的70K。3.在接通分断能力试验中，根据国家标准要求，接通能力试验中，试验电流为其额定电流的10倍，误差控制在5%，功率因素为0.350.05，具体数据如表4-2。AC-3表示的是交流接触器负载的类别之一：笼式感应电动机负载。,4.2实验结论,根据最后测得的触头系统的开距，超程，初压力，终压力符合设计之初的设定，主回路温升的测定结果低于国标要求的70K